1背景介绍

1891年德国曼内斯曼兄弟发明周期式轧管机时为穿孔钢锭，才将轧辊辊型确定下来。其特征是轧辊由导向、穿孔、辗轧、减径和定径四段组成。在穿孔和辗轧两段之间有一个很短的柱状段，导位装置为导辊。这种辊型的穿孔机称为“曼氏穿孔机”。

现在常用的二辊斜轧穿孔机，是斯蒂弗尔于1905年完成的自动轧管机组中采用的。轧辊由两个锥体以大直径端对接而成，即桶形辊，导位为导板。

2结构特点

穿孔机由主机架、轧辊主传动、前台和后台组成。前台设有受料槽和推钢装置，后台有顶杆支持和定心装置。现代化的穿孔机为提高生产率，顶杆在完成一根毛管的穿孔之后，与毛管一起被拔出轧制线，从毛管中抽出后，进入循环运送系统，经冷却后从轧制线另一侧拔入轧制线，开始另一个工作循环。

我国自动轧管机组中的二辊斜轧穿孔机，没有顶杆循环运送系统。顶杆固定在推力支座上，在穿孔时，顶杆有推力支座支持，使顶头处于穿孔工作位置。一个毛管穿完后，推力支座将顶杆自毛管中抽出，毛管被拔出轧制线后，推力支座将顶杆送至工作位置，进行下一根毛管的穿孔。

顶杆和顶头的结合有两种方式，一种是顶头用螺纹拧接在顶杆的前端，顶头因磨损或更换产品规格而需要更换时，连同顶杆一起更换；另一种方式是顶头由人工置于穿孔机孔喉处的下导板上，顶杆由推力支座送到工作位置，当管坯被轧辊咬人时，顶头落在顶杆前端的上，完成穿孔一根毛管后，顶头落在下导板上，由人工更换顶头，顶杆由推力支座施出毛管。

穿孔机的机架在我国有两种结构形式。一种是轧辊和轴承座安装在两个转鼓内，转动转鼓可调整喂入角。在卧式配置轧辊的穿孔机上，转鼓安装在轧线两侧的牌坊内；在立式布置轧辊的穿孔机上，转鼓布置在机架的4个支柱之间，轧制线的上方和下方。前一种形式的穿孔机需要换辊时，打开机架上盖，用吊车逐个吊出轧辊。后一种穿孔机换辊时，先将上轧辊落坐在下轧辊上，机架上盖打开，用吊车将上、下轧辊一次吊出。

穿孔机机架上配制有导位装置，导位与轧辊构成近乎于封闭的空间，称为“孔型”。我国有两种形式的导位装置，一种是导板，是广泛应用的；另一种是大导盘，驱动的大导盘直径约为轧辊直径的两倍，其缘面运动速度大于毛管轧出速度。

3斜轧时的孔腔形成

锻造实心圆毛坯时，每锤锻一次，圆毛坯绕本身轴线转动一下，因此圆毛坯在径向受到连续的锤锻和压缩。每次锤锻时，径向的压缩量称为单位压缩量。因横向锻造时，单位压缩量小，因此发生表面变形（圆毛坯横锻试验证明，单位压缩量小于6%时，则发生表面变形）。由于连续地多次径向压缩，当径向总压缩量达到一定数值时，毛坯轴心部位便出现撕裂。下图为5CrNiMo钢在1 100～850℃温度范围内锻造后，其中心部位产生撕裂的情形。

三辊斜轧穿孔机斜轧穿孔试验证明，顶头前管坯中心部位从未发现有孔腔形成现象。下图为三辊斜轧穿孔机和二辊斜轧穿孔机穿孔轧卡试样。

由轧卡试样可知，三辊穿孔顶头前管坯中心部位无孔腔产生，而二辊穿孔顶头前管坯中心部位产生了孔腔。下图中a所示为三辊穿孔管坯中心在横向只受轧辊外力作用产生压应力，而无拉应力；图中b所示为二辊穿孔管坯中心在轧辊外力作用方向，产生压应力，在导板方向受拉应力，在交变拉、压应力的作用下，导致中心产生撕裂。

二辊斜轧穿孔时，轧辊与轧件纵向接触f可为细长窄条，因此轧辊对管坯作用力近似于集中载荷，又因为轧辊每旋转半圈的压下量小（约小2%～4%），从而造成表面变形。下图为斜轧圆管坯在外力P作用下管坯横断面的图示。

由图可知，管坯的一部分受轧辊的直接作用，即所谓直接作用区；另一部分受轧辊的间接作用，该部分称为间接作用区。由于载荷集中，直接作用区的应力获得优先发展，应力值较大；而在随着离开集中载荷作用下的直接作用区所形成的间接作用区中，由于应力分布在比直接作用区接触面积大得多的面积上，因此应力分散，其值急剧下降。由此不难看出，斜轧穿孔时，表面首先产生塑性变形，而随着接近坯料中心其塑性变形逐渐减小，表面变形的金属优先向横向扩展（横断面由圆形变成椭圆形）和纵向延伸。由于纵向表面变形的结果，在管坯端部形成漏斗形凹陷。可见，无论表面变形或纵变形，其结果乃导致外层变形的金属具有很大的流动速度，造成“拉”中间区域金属向横向扩展及纵向延伸。所以斜轧穿孔变形是极不均匀的变形，在管坯中心产生很大的拉应力（横向），该力是形成孔腔的主要应力。